淺析離心壓縮機浮環密封漏油原因

周永林(安徽淮化集團有限公司 安徽淮南 232038)

0 前言

安徽淮化集團有限公司合成氨二分廠2臺離心式壓縮機(氫氮氣壓縮機和氨壓縮機)的軸端密封均采用浮環油膜密封。壓縮機投運以來，該機組發生過不同形式的密封油進缸事故，造成重大經濟損失。因此，查明浮環密封漏油的原因，在生產運行過程中規范操作和對浮環進行定期的檢查和檢修，對保證生產系統安全長周期運行具有重要意義。

1 浮環密封的原理

浮環密封是非接觸式密封，主要由內浮環、外浮環、浮環座、彈簧、防轉銷等組成。為了防止氣體漏出機外，在高壓密封環與低壓密封環之間注入壓力稍高(0.05 MPa左右)于被密封氣體壓力的密封油。密封油通過高壓密封環和低壓密封環與軸之間的間隙，沿軸線方向向兩端流出，一路經高壓環與軸之間的間隙流向高壓側，在間隙中形成油膜，將工藝氣體封住；另一路則由低壓環與軸之間的間隙流出。流入浮環間的密封油在浮環與軸之間形成穩定的油膜，由于油膜充滿整個浮環間隙，所以可阻止氣體介質的外漏，并利用油膜產生的浮力來承擔載荷。浮環由鍛鋼制成，浮環內表面澆鑄一層巴氏合金，與旋轉軸相配合，兩者保持較小的間隙浮環，側面有防轉銷，使浮環只能浮動，不能隨軸轉動。內、外浮環之間還裝有彈簧，將兩浮環與密封體的外側面壓緊，防止密封油從側面泄漏，影響密封效果。

2 浮環密封漏油原因及處理辦法

2.1 晃電造成密封油高位油罐漫液

機組在正常運行過程中，高位油罐維持在一定液位，如壓縮機缸內壓力下降太快或高位油罐液位調節閥失靈，容易引起高位油槽液位過高，密封油順著參考氣管道進入缸內。2012年12月31日，氫氮氣壓縮機因晃電造成全廠停車，操作人員按斷電事故進行系統停車處理。停車后從氫氮氣壓縮機的缸體導淋處排出油污。通過對中控DCS控制系統上數據分析認為晃電造成系統停車時，由于儀表氣源壓力較低(<0.3 MPa)，造成氫氮氣壓縮機系統高、低壓放空閥及2只密封油液位調節閥(均為氣閉閥)突然全開，使壓縮機系統壓力快速降低，高、低壓缸密封油高位罐液位因密封油與參考氣壓差突然減小、進油量突然增大而迅速升高漫罐，并經過參考氣管進入壓縮機缸內。在此次斷電事故處理過程中，操作人員未及時聯系總調度，了解事故發生的范圍，也未根據DCS控制系統儀表上顯示數據及現場工況變化盡早作出儀表氣源可能中斷的判斷，因此延誤了處理時間，造成了密封油進缸的重大事故。

處理辦法：認真監控密封油高位油罐液位儀表控制顯示系統，保證中控顯示與現場液位對應準確，操作人員應在斷電事故狀況下意識到有可能造成儀表氣源壓力降低或儀表氣源中斷，注意觀察DCS控制系統上儀表數據顯示及現場工況變化，盡早作出儀表氣源可能中斷的判斷，按照廠用電中斷應急預案，及時到現場停運密封油泵，現場手動關小壓縮機高、低壓放空閥，控制好壓縮機系統壓力，利用2只密封油液位調節閥前、后切斷閥調整高、低壓缸密封油高位罐液位，以防發生高、低壓缸密封油高位罐漫油進缸事故。

2.2 密封油與參考氣壓差較小造成油進缸

2007年4月，操作人員發現氨壓縮機密封油與參考氣壓差過小，僅僅為8 kPa(正常值為58 kPa)。經過儀表工檢查，表計工作正常不存在假指示處理，但在打開參考氣管排大氣閥門時，有大量的油噴出。通過對氨壓縮機缸體導淋排污發現有密封油進缸現象，并從合成系統第2氨冷器底部排出大量污油。原因分析：在油氣分離器污油進口裝有1塊Φ5 mm的限流孔板，被污油中的油垢堵塞，造成參考氣的放空量減少。其后果：通過迷宮齒的泄漏氣量的速度降低；通過平衡氣的參考氣氣量會增大；嚴重時，會使參考氣管內充滿污油。理論上，如果通過油氣分離器外排放氣體的流速<1 m/s時，密封油就會順著迷宮齒漏進缸內。通過平衡氣管線的氣量如果加大，則氣體在參考氣腔室的壓力就會上升，密封油極易從軸端漏進缸內。另外，嚴重時，參考氣管內會充滿污油，也極易造成油進缸或通過參考氣管進入密封油高位罐污染純凈的密封油。

處理辦法：由于參考氣管低點沒有排放導淋，在壓縮機運行過程中，又不能拆開參考氣管與油氣分離器間法蘭來清除堵塞的油垢，于是將2只油氣分離器液位調節閥手動全開，排盡污油泄壓，使油氣分離器內壓力突然降低，增大了油氣分離器限流孔板前、后壓差沖通限流孔；排盡參考氣管內污油，然后手動關閉2只油氣分離器液位調節閥，再投自調控制正常液位，使密封油與參考氣壓差恢復至正常值58 kPa(此過程中應注意密封油高位罐的液位變化)。所以，平時應經常測量平衡管線的溫度，如果其溫度異常，則平衡管線內的氣體流量會發生變化。另外，在不同的負荷下記錄參考氣的壓力和密封油與參考氣的壓差，定期對壓縮機缸體進行排污檢查，可為提前發現油氣分離器限流孔板堵塞提供前期判斷依據，從而防止發生油進缸事故。

2.3 內浮環密封面磨損及處理辦法

通過內浮環的密封污油流量是與浮環與軸之間間隙的立方成正比。間隙越大，浮環漏油量勢必成倍數增大。因污油回油量一定，密封油漏油量過大會從軸端迷宮齒進入缸內。在2005年大修過程中發現氫氮氣壓縮機高壓缸浮環內浮環密封面磨損嚴重，間隙較大，進行了更換處理。造成浮環間隙大的原因：密封油過濾器過濾油不干凈，使浮環磨損；在高速運行中，巴氏合金表面產生電蝕，從而引起間隙增大；由于操作不當，浮環有干摩擦現象，造成浮環磨損。

處理辦法：定期對油品進行取樣分析，加強對油品監控；密切觀察密封油過濾器壓差，如果壓差增大應及時更換濾芯，以保證密封油清潔；加強對操作員工業務培訓，嚴格按操作規程進行操作；必要時，更換浮環。

2.4 浮環密封座O形密封圈老化破損及處理辦法

浮環密封座高壓氣體側外端面裝有O形密封圈，主要是防止密封油從浮環密封座外端面漏油，尤其是高壓氣體側O形密封圈損壞或O形密封圈老化，外端面漏油量增大，導致大量密封油流進參考氣腔室；如果此時污油排放量小于浮環密封泄漏量，密封污油就會從高壓氣體側迷宮齒進入缸內及參考氣管線。這是浮環漏油進入缸內最常見的原因之一。氫氮氣壓縮機和氨壓縮機在檢修時均出現過密封浮環O形密封圈不同程度損壞的現象，特別是氨壓縮機，每次檢修時均發現有O形密封圈老化或破損現象。

處理辦法：出現浮環座O形密封圈老化破損情況，只有在停車情況下對浮環座O形密封圈進行更換。在更換O形密封圈過程中，注意不得銼碰、過分擠壓密封圈，以防O形密封圈損傷或移位。在氣氨介質中，O形密封圈材質宜采用乙烯和丙烯橡膠；在高壓氫氮氣介質中，O形密封圈材質宜采用乙烯硅橡膠，可延長運行使用時間。在安裝O形密封圈時涂上加入二硫化鉬的聚硅酮脂膏可達到較好的效果。

3 浮環密封運行注意事項

由于浮環密封在壓縮機工作系統的重要性，在操作中應確保浮環密封系統可靠運行。其注意事項：應控制好密封油高位油罐的液位，認真監控密封油與參考氣的壓差；密切監控密封油過濾器的壓差，及時切換更換過濾器濾芯；監控浮環密封的內、外環回油油量及回油溫度，若發現異常及時分析原因，并進行處理；壓縮機嚴禁在無密封油狀況下連續盤車；控制好油氣分離器液位及保持放空暢通；穩定緩沖氣與平衡氣的壓差；注意防止參考氣管線內出現積液；定期對壓縮機缸體進行排污檢查，是否有油；定期對油品進行取樣分析，加強對油品的監控；做好應急預案的演練，提高操作工在事故狀況下的應變處置能力。